Влияние кальция на удельную теплоемкость и изменение термодинамических функций алюминиевого проводникового сплава AlTi0.1

Среди всех известных металлов, таких как серебро, золото, медь, алюминий по электропроводности занимает четвертое место. Электропроводность меди при 20 °C принимается за 100 % IACS, алюминия в отожженном состоянии она составляет 62 % IACS. Однако, если учесть удельный вес алюминия, то на единицу массы его проводимость в 2 раза больше, чем у меди. Из этого следует, на сколько выгодно применение алюминия в качестве материала для проводников. При одинаковой проводимости (одна и та же длина) проводник из алюминия имеет площадь поперечного сечения на 60 % больше, чем медь. При этом его масса составляет всего 48 % массы меди. Из-за низкой механической прочности в ряде случаев в электротехнике использование в качестве проводника алюминия затруднено или просто невозможно. Легированием другими металлами алюминия можно повысить его механическую прочностью, несмотря на заметное снижение электропроводности. 
В статье представлены результаты исследования теплоемкости алюминиевого проводникового сплава AlTi0.1 (Al + 0,1 % (мас.) Ti) с кальцием. Исследование проведены в режиме «охлаждения» с использованием в качестве эталона алюминия марки А5N (99,999 % Al). Получены полиномы, описывающие скорости охлаждения образцов из сплавов и эталона. По рассчитанным значениям скоростей охлаждения образцов из исследуемых сплавов сформированы уравнения, описывающие температурную зависимость термодинамических функций (энтальпия, энтропия, энергия Гиббса) сплавов путем интегрирования зависимостей их теплоемкостей. 
Установлено, что термодинамические функции и теплоемкость сплавов с ростом температуры увеличиваются, а от концентрации кальция уменьшаются. 

1. Захаров М.В., Лисовская Т.Д. Влияние различных элементов на электропроводность, твердость и температуру рекристаллизации алюминия марки AB000. Известия вузов. Цветная металлургия. 1965; (3): 51—55.

2. Мальцев М.В. Модифицирование структуры металлов и сплавов. М.: Металлургия; 1984. 282 с.

3. Zhang L., Palm M., Stein F., Sauthoff G. Formation of lamellar microstructures Al-rich TiAl alloys between 900 to 1100 °C. Intermetallics. 2001; 9(3): 229—238. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(00)00125-4

4. Palm M., Zhang L.S., Stein F., Sauthoff G. Phases and phase equilibria in the Al-rich part of the Al–Ti system above 900 °C. Intermetallics. 2002; 10(6): 523—540. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(02)00022-5

5. Nakano T., Negishi A., Hayashi K., Umakoshi Y. Ordering process of Al5Ti3, h-Al2Ti and r-Al2Ti with FCC-based long-period superstructures in rapidly solidified Al-rich TiAl alloys. Acta Materialia. 1999; 47(4): 1091—1104. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00009-9

6. Witusiewicz V.T., Bondar A.A., Hecht U., Rex S., Velikanova T.Ya. The Al–B–Nb–Ti system: III. Thermodynamic re-evaluation of the constituent binary system Al–Ti. Journal of Alloys and Compounds. 2008; 465(1–2): 64—77. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.10.061

7. Куцова В.З., Погребна Н.Є. Хохлова Т.С. Алюміній та сплави на його основі. Дніпропетровськ: Пороги; 2004. 135 с.

8. Оно А. Затвердевание металлов. Пер с англ. М.: Металлургия; 1980. 152 с.

9. Benci J.E., Ma J.C., Feist T.P. Evaluation of the intermetallic compound Al2Ti for elevated-temperature applications. Materials Science and Engineering: A. 1995; 192–193(Pt 1): 38—44. https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)03201-7

10. Wu Z.L., Pope D.P. Ll2Al3Ti-based alloys with Al2Ti precipitates – I. Structure and stability of the precipitates. Acta Metallurgica et Materialia. 1994; 42(2): 509—518. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90505-3

11. Wu Z.L., Pope D.P. Ll2Al3Ti-based alloys with Al2Ti precipitates – II. Deformation behavior of single crystals. Acta Metallurgica et Materialia. 1994; 42(2): 519—526. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90506-1

12. Sturm D., Heilmaier M., Saage H., Paninski M., Schmitz G.J., Drevermann A., Palm M., Stein F., Engberding N., Kelm K., Irsen S. Creep strength of centrifugally cast Al-rich TiAl alloys. Materials Science and Engineering: A. 2009; 510–511: 373—376. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.102

13. Деменок А.О., Ганеев А.А., Деменок О.Б., Кулаков Б.А. Выбор легирующих элементов для сплавов на основе алюминида титана. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2013; 13(1): 95—102. https://vestnik.susu.ru/metallurgy/article/viewFile/1544/1501; https://elibrary.ru/qbjhcj

14. Киров С.А., Козлов А.В, Салецкий А.М., Харабадзе Д.Э. Измерение теплоемкости и теплоты плавления методом охлаждения. М.: ООП Физ. фак-та МГУ; 2012. 23 с. http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/school/Lab210sch_2017-03-08.pdf

15. Булкин П.С., Попова И.И. Общий физический практикум. Молекулярная физика. Под ред. А.Н. Матвеева, Д.Ф. Киселева. М.: Изд-во МГУ; 1988. 215 с.

16. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Бином. Лаборатория знаний; 2010. 368 с.

17. Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5 т. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Физматлит; 2005. 544 с.

18. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. СПб.: Лань; 2008. 484 с.

19. Ганиев И.Н., Муллоева Н.М., Низомов З., Обидов Ф.У. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплавов системы Pb–Ca. Теплофизика высоких температур. 2014; 52(1): 138—140. https://doi.org/10.7868/S0040364414010098

20. Зокиров Ф.Ш., Ганиев И.Н., Сангов М.М., Иброхимов Н.Ф. Влияние кальция на температурную зависимость теплоемкости и изменчивость термодинамической функции сплава АК12М2. Теплофизика высоких температур. 2018; 56(6): 867—872. https://doi.org/10.1134/S0018151X18060093

21. Ганиев И.Н., Отаджонов С.Э., Иброхимов Н.Ф., Махмудов М. Температурная зависимость теплоемкости и изменений термодинамических функций сплава AК1, легированного стронцием. Теплофизика высоких температур. 2019; 57(1): 22—26. https://doi.org/10.1134/S0040364419010095

22. Ганиев И.Н., Сафаров А.Г., Одинаев Ф.Р., Якубов Ю.С., Кабутов К. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплавов Al + 4,5 % Fe, легированных оловом. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019; (1): 50—58. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-1-50-58

23. Ганиев И.Н., Отаджонов С.Э., Иброхимов Н.Ф., Махмудов М. Температурная зависимость теплоемкости и изменений термодинамических функций сплава АК1М2, легированного стронцием. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2018; 21(1): 35—42. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-35-42

24. Гордов А.Н., Парфенов В.Г, Потягайло А.Ю., Шарков А.В. Статистические методы обработки результатов теплофизического эксперимента. Под ред. А.Н. Гордова. Ленинград: ЛИТМО-Л; 1981. 72 с.

25. Геращенко О.А., Гордов А.Н., Лах В.И., Стаднык Б.И. Температурные измерения. Киев: Наукова думка; 1984. 495 с.

26. Теория и техника теплофизического эксперимента. Под ред В.К. Щукина. М.: Энергоатомиздат; 1993. 448 с.

27. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия; 1984. 384 с.